【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铜合金材料及工艺，具体是一种易切削铁青铜合金及其制备方法。
技术介绍
1、铁青铜以fe为主要元素的青铜。国标qfe2.5是铁青铜系列合金中具有代表性的一种铜合金，合金成分为fe：2.1－2.6％、p：0.015－0.15％、zn：0.05－0.20％，余量为铜，由于热处理时有fe相的析出，从而提高合金的强度，硬态下抗拉强度能够达到450mpa以上，硬度hv达145以上，延伸率a11.3不低于4％，电导率可达60％iacs以上，适合于对导电性能和强度要求较高的场合，应用非常广泛，比如：接触弹簧，电气用夹具，端子，垫圈，插头，螺钉等。
2、公开号为cn114990377a的中国专利公开了一种电连接器用高强高导铁青铜合金及制备方法，合金包括以下质量比组分：fe2.18-2.22％、zn0.8-0.11％、p0.024-0.026％、mg0.006-0.008％、cr0.004-0.006％、la0.001-0.0014％、ce0.002-0.0022％，余量为cu，该专利提出的方案经过大量实验探索出铁、锌、磷等与镁、铬及稀土元素的配合量比，在该组分量比关系下配合热轧铸锭、固溶处理、二次时效、三次冷轧的处理工序，铁青铜合金的抗拉强度、电导率等大幅提升。虽然该专利公开的电连接器用高强高导铁青铜合金具有较高的强度和较高的导电性，但在制备该铁青铜合金时切削效果较差。
3、qfe2.5虽然强度和导电性能优异，但qfe2.5合金不易切削加工，较难断屑，铜屑呈螺旋状，极易缠绕在刀具和工件上，不得不频繁停机人工清
4、改善铜合金切削性能最常用的方法是添加易断屑的元素，如pb、bi、s、te等，这些元素都有一个共同点就是在铜中的溶解度极低，以单质或脆性化合物形式存在于合金中，从而改善铜合金的切削性能。但是这些元素加入后，由于割裂了铜合金原有组织的连续性，是裂纹的发源地，导致合金的强度大幅下降，也一定程度损害合金的导电性能。
5、因此如何在满足材料力学性能和电学性能的前提下，改善铁青铜qfe2.5的切削性能是目前遇到的技术难题。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种易切削铁青铜合金，该铁青铜合金具有较高的力学性能的同时，还具有较好的易切削性。
2、本专利技术具体实施例提供了一种易切削铁青铜合金，所述易切削铁青铜合金的质量百分比组成为，fe：2－3wt％，pb:0.1－0.5wt％，zn:0.05－0.3wt％，ni：0.1－0.4wt％，mn：0.05－0.25wt％，s：0.02－0.1wt％，p：0.01－0.05wt％，余量为cu和不可避免的杂质。
3、本专利技术提供的fe在铜中溶解度变化较大，在1050℃时溶解度为3.5％，但635℃时降为1.5％，在常温下仅为0.3％，因此，随着温度的降低，fe以弥散质点形式从固溶体中析出，如果有p存在，可以生成细小的fe3p化合物，从铜基体中析出，对合金起到强化作用，从fe在铜中溶解度变化和fe对合金强化作用，本专利技术中fe含量控制在2－3wt％。
4、本专利技术提供的p对铜的机械性能有积极影响，如果熔炼时p加入量过高，多余的p将与fe结合形成fe3p化合物，并容易以粗大颗粒析出。fe3p相硬度较高，对合金有一定强化作用，但是fe3p相大量析出，使得后续时效过程中起主要强化作用的α－fe弥散相数量减少，反而使材料强度降低，在满足脱氧和氢脆的前提下，p添加量应尽可能取低，因而在本专利技术中，p含量应控制在0.01－0.05wt％。
5、本专利技术提供的pb在合金中以独立相存在，pb对铜的电导率无显著影响，但降低了合金的强度、硬度和延伸率。游离的pb质点，切削时既起到润滑作用，又能使切屑崩解，大幅度提高铜的可切削性能。pb在热加工温度下呈液相，严重降低铜的高温塑性，含pb的高铜合金热加工极易开裂。在本专利技术中，作为改善切削作用的pb含量范围为0.1－0.5wt％，低于0.1wt％，改善切削的效果较差；超过0.5wt％以后，材料力学性能难以达标。
6、本专利技术提供的zn的作用有两个：一是可以改善合金的铸造性能，弥补p含量降低带来的铸造性能变差的问题；二是可以降低合金在热加工时pb的热脆性。zn含量提高，对合金强度提升效果不明显，但超过0.3wt％以后，对导电率影响较大，因此本专利技术中zn含量控制在0.05－0.3wt％。
7、本专利技术提供的ni可以细化pb的分布，进一步提升合金的切削性能，但当ni含量低于0.1％以下时，细化作用不明显；由于ni完全固溶于cu，对合金的导电率影响较大，因此ni含量应控制在0.1－0.4wt％。
8、本专利技术提供的mn对合金的导电率损害小，但能够提高合金的强度，含量超过0.25wt％，对导电率影响较大，mn在本专利技术合金中的主要作用和s形成脆性化合物mns改善合金的切削性能，本专利技术合金中，mn含量应控制在0.05－0.25％。
9、由于mn比cu活泼，本专利技术提供的s在本专利技术中优先与mn形成mns脆性化合物，能隔断基体的连续性，使切屑易于脆断，但s的含量超过0.1％，增加了合金热脆性，导致热加工容易开裂，所以s含量要限定在0.1％范围内，含量低于0.02wt％，并不能形成mns相，在适量的mn与适量的s配合后得到mns相，以改善铁青铜合金的切削性能。
10、进一步的，本专利技术提供的易切削铁青铜合金的微观组织包括基体相、强化相、软性相和脆性相，所述基体相为α相，所述强化相为α－fe和fe3p，所述软性相为pb，所述脆性相为mns。
11、进一步的，所述α－fe相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为15－20％，fe3p相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比＜0.1％。
12、由于α－fe相析出强化效果优于fe3p相，应尽量提高α－fe相的面积占比不低于15％，为了避免热处理时fe相占比过高容易聚集长大而导致强化效果变差，因此α－fe相面积占比不应超过20％；fe3p相面积占比＜0.1％，因为fe3p出现的条件是p含量过量，p含量过量会导致合金导电率下降，其次，fe3p相面积占比增多，fe3p相容易以块状形貌出现，强化效果变差。
13、进一步的，所述α－fe相的尺寸＜15nm。较小尺寸的α－fe相能够起到较好的弥散强化的作用。
14、进一步的，所述fe3p相为短棒状fe3p相和块状fe3p相，所述短棒状fe3p相数量在fe3p相的占比大于90％，所述短棒状fe3p相的长轴方向长度＜20nm，短轴方向长度＜10nm。合适数量的短棒状fe3p相能够提高析出强化效果，并能够避免粗大的块状fe3p相对合金形变强化的影响。
15、进一步的，所述pb相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为0.1－0.5％，mns相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为0.01－0.2％。本专利技术通过提供适量的pb相和mns相，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种易切削铁青铜合金，其特征在于，所述易切削铁青铜合金的质量百分比组成为，Fe：2－3wt％，Pb:0.1－0.5wt％，Zn:0.05－0.3wt％，Ni：0.1－0.4wt％，Mn：0.05－0.25wt％，S：0.02－0.1wt％，P：0.01－0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述易切削铁青铜合金的微观组织包括基体相、强化相、软性相和脆性相，所述基体相为α相，所述强化相为α－Fe和Fe3P，所述软性相为Pb，所述脆性相为MnS。
3.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述α－Fe相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为15－20％，所述Fe3P相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比＜0.1％。
4.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述α－Fe相的尺寸＜15nm；所述Fe3P相为短棒状Fe3P相和块状Fe3P相，所述短棒状Fe3P相数量在Fe3P相的占比大于90％，所述短棒状Fe3P相的长轴方向长度＜20nm，短轴方向长度＜10n
5.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述Pb相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为0.1－0.5％，MnS相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为0.01－0.2％。
6.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述Pb相尺寸＜2μm，且Pb分布数量≥4000pic/mm3。
7.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述MnS相尺寸＜100nm。
8.根据权利要求1所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，本专利技术提供的易切削铁青铜的晶粒度平均尺寸≤20μm。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的易切削铁青铜合金的制备方法，其特征在于，工艺流程，包括：配料→熔炼→半连铸→水封挤压→第一道盘式拉伸→在线固溶→第二道盘式拉伸→时效退火→联合拉拔；
10.根据权利要求9所述的易切削铁青铜合金的制备方法，其特征在于，在所述水封挤压后进行固溶，水封挤压后的挤压坯的表面固溶温度为700－800℃，固溶时的水温＜50℃。
...【技术特征摘要】
1.一种易切削铁青铜合金，其特征在于，所述易切削铁青铜合金的质量百分比组成为，fe：2－3wt％，pb:0.1－0.5wt％，zn:0.05－0.3wt％，ni：0.1－0.4wt％，mn：0.05－0.25wt％，s：0.02－0.1wt％，p：0.01－0.05wt％，余量为cu和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述易切削铁青铜合金的微观组织包括基体相、强化相、软性相和脆性相，所述基体相为α相，所述强化相为α－fe和fe3p，所述软性相为pb，所述脆性相为mns。
3.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述α－fe相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比为15－20％，所述fe3p相在易切削铁青铜合金的微观组织的面积占比＜0.1％。
4.根据权利要求2所述的易切削铁青铜合金，其特征在于，所述α－fe相的尺寸＜15nm；所述fe3p相为短棒状fe3p相和块状fe3p相，所述短棒状fe3p相数量在fe3p相的占比大于90％，所述短棒状fe3p相的长轴方向长度＜2...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，丁成成，华称文，傅杰，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。